【正文】 aic plants on largescale around the world is a new method. With the characteristics of simplicity and flexibility,offgrid systems on smallscale are bound to important in the area of photovoltaic power generation, it is very necessary to research the offgrid solar energy system of charging and discharging. This paper designs controller of charging and discharging of photovoltaic battery based on is used as the MCU,leadacid batteries are used as the the base of the research of generated power of PV array under different conditions,bined with the principle of charging and discharging system of leadacid batteries,the paper is designed to transform PV array to solar energy ,make storage battery charge and discharge safely and reasonably,and make load do steadily. Key words : STC89C51。 為人師表，馬老師也讓我由衷敬佩，無形 之中教給我許多為人處世的道理，比如面對困難不能退縮、事情沒做好不要總為自己找借口、遇到突發(fā)事件要能靈活應對。 致謝 在這次 畢業(yè)設 計中，我首先要感謝我的 導師馬 德貴 老師在整個設計過程中對我 耐心的 指導 。隨著傳統(tǒng)能源的消耗殆盡，新能源尤其是太陽能的優(yōu)勢會越來越明 顯，以太陽能為典型代表的 新能源利用和采集將會進入尋常百姓家。 基于單片機的太陽能控制器設計 第 19 頁 共 33 頁 結(jié)論 采用單片機實現(xiàn)的太陽能控制器，簡單易行，成本較低，即使是最簡單的51 單片機也能實現(xiàn)所有的充放電控制，另外，本設計中應用的充電管理芯片雖然大大減少了設計難度，但是卻大大提高了控制器的穩(wěn)定性和易操作性，這是集成模塊芯片的優(yōu)勢所在，集成化也是未來工業(yè)電子發(fā)展的方向。將設計的程序通過編程器下載到單片機 STC89C52 中，再將單片機插入插座里， 將制作的實物與太陽能板和蓄電池相連，測試結(jié)果顯示 ： 該 設計成功實現(xiàn)了各種狀態(tài)下太陽能電池板對鉛酸蓄電池的充放電控制，同時也可利用 LCD1602 進行實時顯示 即時的蓄電池電壓 ，更加直觀明了 。 特點 ● 寬輸入電壓范圍： 到 28V ●對鉛酸電池進行完整的充電管理 ●過充電和浮充電電壓由外部電阻分壓網(wǎng)絡設置 ●充電電流達 5A ● PWM開關頻率： 300KHz ●恒流充電電流由外部電阻設置 ● 對深度放電的電池進行涓流充電 ● 過充點結(jié)束電流由外部電阻設置 ●電池溫度監(jiān)測功能 ●自動再充電功能 第 12 頁 共 33 頁 基于單片機的太陽能控制器設計 ●雙狀態(tài)指示 ●軟啟動功能 ●電池端過壓保護 ●工作環(huán)境溫度：－ 40℃ 到 ＋ 85℃ ●采用 16管腳 TSSOP 封裝 ●產(chǎn)品無鉛，無鹵素元素， 滿足 RoHS 應用 ● 鉛酸電池充電 ●不間斷電源 ●備用電池應用 ●便攜式工業(yè)和醫(yī)療儀器 ●獨立電池充電器 外圍電路設計 圖 7 CN3717 工作外圍電路設計 本設計中用到的 CN3717 演示板實物原理圖同上圖， 將其印制出 PCB 板大大減輕了布線和焊接的工作量，但是卻大大提高了芯片的穩(wěn)定性和焊接成功的概率，演示板實物如下圖： 基于單片機的太陽能控制器設計 第 13 頁 共 33 頁 圖 8 CN3717 的演示板實物 充電模塊電源 圖 9 充電模塊電源 放電模塊電源 第 14 頁 共 33 頁 基于單片機的太陽能控制器設計 圖 10 放電模塊電源 LCD1602 顯示模塊 圖 11 LCD1602 顯示模塊電路圖 基于單片機的太陽能控制器設計 第 15 頁 共 33 頁 4．系統(tǒng)軟件設計 軟件總體框架設計 系統(tǒng)軟件的總體流程圖如下圖 12 所示： 開 機 初 始 化結(jié) 束是 否 白 天 ？V 1 0 . 8 VV 1 5 VV 1 3 . 2 VV 1 0 . 8 V打 開 負 載浮 充 子 程 序停 止 充 電均 充 子 程 序提 升 充 電關 閉 負 載NNNNNYYYYY 圖 12 系統(tǒng)主程序流程圖 各程序模塊設計 初始化程序 系統(tǒng)上電時 ， 初始化程序主要用來 對單片機和時鐘進行初始化，并進行初始值的顯示。 其它功能包括輸入低電壓鎖存，電池溫度監(jiān)測，電池端過壓 保護和充電狀態(tài)指示等。在浮充電狀態(tài)，如果電池電壓下降到所設置的過充電電壓的 %時，自動開始新的充電周期。 對于深度放電的電池，當電池電壓低于所設置的過充電電壓的 %時，CN3717用所設置的恒流充電電流的 13%對電池進行涓流充電。 CN3717具有涓流，恒流，過充電和浮充電模式，非常適合鉛酸電池的充電。通過設置特殊功能寄存器 T2CON 中的 C/T2 位，可將其作為定時器或計數(shù)器（特殊功能寄存器 T2CON 的描述如表2 所列）。 STC89C52RC 除了有定時器 /計數(shù)器 0 和定時器 /計數(shù)器 1 之外，還 增加了一個一個定時器 /計數(shù)器 /計數(shù)器 2 的控制和狀態(tài)位位于 T2CON（見表2）和 T2MOD（見表 4）。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。 并非所有的地址都被定義，從 80H～ FFH共 128 個字節(jié)只有一部分被定義。 XTAL2（ 18 引腳）：振蕩器反相放大器 的輸入端。這個 ALE 使能標志位（地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。這一位置“ 1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOV 指令時有效。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。在 Flash 編程時，此引腳（ ）也用作第 10 頁 共 33 頁 基于單片機的太陽能控制器設計 編程輸入脈沖。 DISRTO 默認狀態(tài)下，復位高電平有效。看門狗計時完成后， RST 引腳輸出96 個晶振周期的高電平。 P3 口除作為一般 I/O 口外， 還有其他一些復用功能，如 下表 所示： RST（ 9 引腳）：復位輸入。P3 做輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流（ ）。 P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。 在對 Flash ROM 編程和程序校驗期間， P2 也接收高位地址和一些控制信號。 在訪問外部程序存儲器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“ MOVX DPTR”指令）時， P2 送出高 8 位地址。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。 表 1 和 引腳復用功能 引腳號 功能特性 T2（定時器 /計數(shù)器 2 外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 2 捕獲 /重裝觸發(fā)和方向控制） P2 端口（ ～ ， 21～ 28 引腳）： P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。P1 口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流（ ）。 P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。驗證時，要求外接上拉電阻。此時， P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動 8 個 TTL 負載，對端口 P0 寫入“ 1”時，可以作為高阻抗輸入。 ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用第 8 頁 共 33 頁 基于單片機的太陽能控制器設計 仿真器， 可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 具有 EEPROM 功能 具有看門狗功能 共 3個 16位定時器 /計數(shù)器。由于實驗中 , 主要需要考察不同的充電檢測方案對蓄電池壽命的影響 ,所 以在充電方式的選擇上 ,我們主要采用了兩 段恒流的充電方式 ,放電都采用 5A 放電 . 新的檢測方式與普通的檢測方式的充電比較如下 : 實驗證明用新的離線式的端壓檢測方法來指導充電可以明顯提高蓄電池的使用次數(shù) . 單片機 外圍電路設計 STC89C52RC 單片機介紹 STC89C52RC 單片機是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機， 12 時鐘 /機器周期和 6時鐘 /機器周期可以任意選擇。 可以確定精確測量的定時器間隔時間實驗中的間隔時間取 5min. 但時間設定需視蓄電池種類和 容量的不同而定 。若已充滿 ,控制其進行涓流充電 .當定時器達 到設定時間后 ,重新啟動定時并自動切換開關 ,使模塊B的充電回路斷開而對模塊 A進行涓流充電 ,靜 置一段時間后 ,再對模塊 B重復以上對模塊 A 的操作 ,如此不斷循環(huán) . 這種電路雖會造成蓄電池總?cè)萘康脑黾?, 但它能較準確地判斷蓄電池的充電情況 ,減小了蓄電池老 化損壞的可能性 ,使光伏系統(tǒng)的壽命得到延長 。當 VD15V 時 ,停止充電 . 門限電壓可設定文中所用 8V 與 15V 為經(jīng)驗所得值 . 此電路結(jié)構(gòu)簡單 ,成本低 ,且易于維護 ,其在光伏應用初期曾得到廣泛運用 .但它不能實現(xiàn)涓流充 電 ,造成了能源的極大浪費 ,使得本來效率就不高的光伏系統(tǒng)性價比更低 . 隨著集成電路的廣泛使用 ,如今市場上的光伏產(chǎn)品中普遍采取基于專業(yè)芯片的檢測電路 ,而主控電 路采用 ΔV型 ,充電專用 IC中常用的類型 .鉛酸電池在充電時 ,電壓隨充電時間的增長而上升 ,但充 足電 后端電壓開始下降 .設計主控電路時 ,利用該特性監(jiān)測電池電壓出現(xiàn)峰值之后的微量下降 ,以控制 充電結(jié)束 ,達到自動充電的目的 ,這也稱為 — ΔV法 . 它能有效地防止蓄電池的 過充 與 過放 ,并能實現(xiàn)涓流充電 ,有利于光伏系統(tǒng)效率的提高 , 是當前運用最為廣泛的蓄電池檢測電路 . 3 離線式檢測方案 蓄電池的電壓受很多因素的影響 ,例如溫度 ,濕度等 ,特別是在充電過程中 ,蓄電池的端電壓并不 能很好地反映其容量 . 上述在線式檢測方案中蓄電池都與太陽電池直接相連 ,其端電壓受太陽電池端電 壓制約 ,VD 并不能 準確地反映蓄電池的容量 .這突出表現(xiàn)為當系統(tǒng)所處溫度較高時 ,由于太陽電池板 和蓄電池的端電壓均受溫度影響嚴重 , 太陽能板端電壓隨溫度升高而降低 , 而蓄電池端電壓則剛好相反 , 容易出現(xiàn)蓄電池容量未滿卻已不能充入的現(xiàn)象常稱之為 虛滿 .這在很大程度上影響了蓄電池容 量檢測的準確性 ,進而阻礙了整個系統(tǒng)的正常工作 ,造成能源的極大浪費 . 針對這一問題 ,我們在這里提出一種新穎的蓄電池容量檢測方案 —— 離線式檢測 . 雖然蓄電池的電壓在充電過程中其端電基于單片機的太陽能控制器設計 第 7 頁 共 33 頁 壓并不能很好地反映其容量 ,但在斷開充電回路一段時間 后 ,其端壓會自動下降 ,下 降后的端壓能很好地引導我們對蓄電池充電情況作出正確的判斷 .我們利用 蓄電池端壓的這一特性 ,設計一個太陽電池對多個蓄電池模塊輪換進行充電 ,每個蓄電池的端壓在充電 電路斷開后都有足夠的時間恢復正常 ,使測得電壓值能更加準確地反映蓄電池容量 .現(xiàn)僅以雙模塊為例說明 本模塊。它包含一個接線盒和 1 只或 2 只旁通二極管。為了防止太陽能電池由于熱班效應而被破壞，需要 在太陽能電池組件的正負極間并聯(lián)一個旁通二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被遮蔽的組件所消耗。這種效應對太陽能電池會造成很嚴重地破壞作用。在戶外測量的誤差很容易達到10％或更大。在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽模擬儀測定并和國際認證機構(gòu)的標準化的 太陽能電池進行比較。所以，太陽直射的夏天，盡